Czujniki ruchu są jednymi z często używanych elementów w aplikacjach takich jak systemy alarmowe czy szeroko rozumiana automatyka budynkowa i instalacje inteligentne. Szczególnym rodzajem czujników wykrywających ruch są czujniki ruchu na podczerwień typu PIR (ang. Passive Infra Red).
Za pomocą czujników ruchu na podczerwień możesz zrealizować wyzwalanie alarmu w przypadku wykrycia ruchu podmiotu niepowołanego na Twoim terenie, a także zbudować system automatycznego włączania oświetlenia nocnego w mieszkaniu lub przed posesją w momencie, kiedy zbliżasz się do drzwi wejściowych domu.
Czujnik ruchu na podczerwień – zasada działania
Każdy obiekt, którego temperatura wynosi powyżej zera absolutnego (0K = -273,15°C), emituje energię cieplną w postaci promieniowania podczerwonego, co dotyczy także ludzi i zwierząt. Im wyższa temperatura obiektu, tym wyższa wartość emisji promieniowania. Specjalnie zaprojektowana konstrukcja pasywnych czujników PIR umożliwia wykrywanie promieniowania podczerwieni na poziomach oscylujących wokół tych emitowanych przez organizmy żywe. Podstawowa konstrukcja takiego czujnika składa się z dwóch elementów, tj., czujnika piroelektrycznego i soczewki Fresnela, która skupia promieniowanie podczerwone tak, aby ułatwić czujnikowi wychwycenie tego promieniowania z jak największą dokładnością. Czujnik piroelektryczny na zewnętrznej stronie obudowy ma przesłonę rozdzielającą padającą falę promieniowania na dwie części. Przesłona rozdzielająca jest wykonana z materiału przepuszczającego promieniowanie podczerwone. Po przejściu przez przesłonę promieniowanie jest przekazywane na dwie elektrody spolaryzowane przeciwnie względem siebie. Taka konstrukcja ma za zadanie wykrywać zmiany w poziomach promieniowania IR. Między elektrodami umieszczony jest kryształ piroelektryczny z warstwą termoabsorbującą.
Pod wpływem promieniowania podczerwonego powierzchnia i struktura wewnętrzna kryształu ogrzewa się, nadając atomom i elektronom moment dipolowy. W rezultacie powstaje ładunek elektryczny i różnica potencjałów między elektrodami czujnika. Powstałe w ten sposób napięcie jest przekazywane do wzmacniacza, a następnie do urządzenia pomiarowego, które odbiera sygnał i podejmuje dalsze decyzje, dotyczące np. wyzwolenia alarmu lub włączenia oświetlenia. W stanie spoczynku, kiedy w pobliżu czujnika nie ma poruszających się obiektów, które emitują promieniowanie podczerwieni, do obu szczelin czujnika rozdzielonych przesłoną wpada taka sama ilość promieniowania, w wyniku czego nie powstaje różnica potencjałów, a układ sterowania wykrywa brak czynności ruchowych na obszarze monitorowanym przez czujnik.
Czujniki odległości – niezawodne sensory w elektronice
Dla jasności – nie mylcie ich z miernikami takimi jak dalmierze, będzie mowa o czujnikach elektronicznych. Poznajcie rozwiązania w sensoryce.
Czujnik ruchu PIR HC-SR501 - zielony - charakterystyka techniczna
Wykorzystując takie platformy jak Arduino, możemy zrealizować także aplikacje mające za zadanie wykryć wejście na obiekt lub jego opuszczenie przez osoby fizyczne. W takim projekcie znakomicie sprawdzi się czujnik HC-SR501. Niski pobór energii, przystępna cena, konstrukcja dostosowana do pracy w różnych warunkach środowiskowych, szeroki zakres pola widzenia oraz proste podłączenie i uruchomienie to najważniejsze zalety tego czujnika.
Czujnik piroelektryczny HC-SR501 ma trzy wyprowadzenia:
- “VCC” – port zasilania. Czujnik HC-SR501 można zasilać napięciem stałym z przedziału 4,5 V – 20,0 V, dzięki czemu możemy podłączyć zasilanie bezpośrednio z pinu “5 V” na płytce Arduino, a także z zewnętrznego zasilacza sieciowego 12VDC. Wbudowany regulator napięcia dopasowywuje zasilanie w sposób automatyczny, gwarantując stabilne funkcjonowanie czujnika.
- “OUT” – wyjście sygnału informującego o stwierdzeniu (lub braku) ruchu obiektu w pobliżu czujnika. Stan wysoki (poziom TTL) jest równoznaczny z wykryciem ruchu w obrębie czujnika, a stan niski – z brakiem ruchu. Sygnał z wyjścia czujnika należy podłączyć do pinu cyfrowego w Arduino ustawionego w tryb wejścia.
- “GND” – masa zasilania. Aby czujnik funkcjonował prawidłowo, należy pin “GND” połączyć z masą w Arduino (pin GND).
Na płytce PCB czujnika HC-SR501 umieszczono także dwa potencjometry regulacyjne:
- “T1” – regulacja czułości. Za pomocą tego potencjometru ustawiamy maksymalny zasięg roboczy czujnika. Zasięg czujnika wynosi od 3 m do 7 m, przy czym rozkład obiektów w pomieszczeniu (np. meble, sztuczne źródła ciepła) może wpływać na zasięg czujnika.
- “T2” – regulacja czasu trwania stanu wysokiego na wyjściu “OUT”. Wartość nastawy zawiera się w przedziale 3 – 300 s.
Za pomocą zworki umieszczonej na płytce możemy wybrać jeden z dwóch trybów pracy czujnika:
- “H” – wyjście “OUT” jest w stanie wysokim przez cały czas wykrywania ruchu
- “L” – wyjście “OUT” jest w stanie wysokim po wykryciu ruchu obiektu w czasie ustalonym przez ustawienie potencjometru T2.
Czujnik ruchu PIR HC-SR501 – zielony – opcje rozszerzeniowe
Podstawowe możliwości czujnika można łatwo rozszerzyć, wykorzystując dwa dodatkowe wyprowadzenia umieszczone na drugiej stronie płytki PCB, na której jest zamontowana soczewka:
- “RT” – złącze dla termistora lub rezystancyjnego czujnika temperatury. Dodając jeden z tych elementów, czujnik HC-SR501 zyskuje na dokładności pomiaru i może być używany na obiektach znajdujących się w obszarze o wysokiej temperaturze otoczenia.
- “RL” – złącze dla fotorezystora. Dodanie tego elementu umożliwia pracę czujnika HC-SR501 w obszarze o niedostatecznym oświetleniu lub w ciemności. Jest to szczególnie przydatna opcja w układach automatycznego włączania oświetlenia na obiektach zamkniętych i otwartych.
